JPH0826129A - 自動操舵装置の制御方法 - Google Patents

自動操舵装置の制御方法

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JPH0826129A
JPH0826129A JP6165295A JP16529594A JPH0826129A JP H0826129 A JPH0826129 A JP H0826129A JP 6165295 A JP6165295 A JP 6165295A JP 16529594 A JP16529594 A JP 16529594A JP H0826129 A JPH0826129 A JP H0826129A
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Takashi Kimura
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドライバの操舵意志と機械的な自動操舵を調
和するように操舵制御する。 【構成】 車両1のステアリング装置10にギヤ比可変
機構25を介設し、このギヤ比可変機構25に操舵制御
モータ36を、タイヤ側を自動操舵またはマニュアル操
舵することが可能に設け、ハンドル側にトルク制御モー
タ38をハンドル固定または自動操舵することが可能に
設けて、マニュアル操舵または自動操舵制御する。画像
データ、車速及び舵角により算出される目標舵角と、実
際のハンドル操作のハンドル操舵角の符号によりドライ
バのハンドル操作状態を判断し、適正なハンドル操作で
は操舵制御モータ36によりギヤ比可変機構25のギヤ
要素31を固定してマニュアル操舵し、誤ったハンドル
操作ではトルク制御モータ38によりハンドル9を固定
し、且つ操舵制御モータ36によりタイヤ側を自動操舵
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の運転
支援システム(ADA)に使用されて電子的に自動操舵
する自動操舵装置の制御方法に関し、詳しくは、ドライ
バのハンドル操作によるマニュアル操舵と自動操舵の制
御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、車両の安全性を飛躍的に向上する
対策として、エアバック等の衝突被害軽減技術に対し
て、衝突しないための技術、即ち運転操作系を積極的に
アシストして安全側に自動的に制御する総合的な運転支
援システム(ADA、Active Drive Assist system)が
開発されている。このADAシステムは、車両の前後に
装着したカメラを有して道路状況、他の車両、障害物等
の外部環境を三次元的に認識する制御ユニットにより、
ドライバと同等の自律走行能力を持たせ、この自律走行
能力によりブレーキ、スロットル及びステアリングの操
作系の各種装置を自動的に適正に操作するように構成さ
れる。そしてADAシステムが目指す機能として、衝突
防止機能と限定自動走行機能が考えられている。衝突防
止機能は、運転操作の誤り等で追突の危険がある場合に
自動ブレーキ作動したり、横風の際にハンドル修正した
り、障害物を回避したりするものである。限定自動走行
機能は、ドライバの代わりに自動操舵し、車線逸脱防止
しながら安全車間距離を保持するものである。
【0003】上記ADAシステムについて更に具体的に
説明すると、例えば本件出願人による特開平4−653
47号の出願で示すように、車両に装着した複数のカメ
ラにより前方風景や交通環境をとらえ、その画像を小領
域に分割して各々について三角測量法で距離を算出し
て、画面全体が三次元の距離分布の画像を得る。そして
距離画像から車線、前方車、障害物等を分離して検出す
る。車線からは左右の白線、道路形状等を認識する。前
方車や障害物に対しては、物体が何であるか、障害物と
の相対的な距離や速度等を認識して、種々の画像データ
を得る。
【0004】また上述の画像データを利用して自動操舵
するシステムとして、特開平4−356273号公報で
示すように、ステアリング装置の操舵系に操舵制御モー
タやトルク制御モータを備えたプラネタリギヤ式のギヤ
比可変機構を設ける。そして操舵制御モータとトルク制
御モータの一方または両方を制御し、且つギヤ比可変機
構を作動して、マニュアル操舵と自動操舵を可能にす
る。また自動操舵モードでは、2つのモータの制御方法
により種々の形態でドライバに運転支援することが可能
になっている。
【0005】従って、今後はドライバに対する運転支援
のあり方を具体的に決定して、そのための制御方法を確
立することが要求される。そこで運転支援のあり方とし
ては、あくまでドライバの意志を尊重してハンドル操作
を優先し、勝手に自動操作してドライバの意志と反発し
たり、うるさがられることを避ける。そしてドライバの
ハンドル操作が誤っていることを判断すると、そのハン
ドル操作を禁止して適正に自動操舵することで、車線の
逸脱等の危険を回避する。また自動操舵の場合は、ドラ
イバの手を傷付けるおそれがない限りハンドルも回転し
て、自動操舵で車線の逸脱等の危険を回避したこと、そ
の操舵状態をドライバに知らせる。こうしてドライバの
操舵意志を尊重しつつ、機械的な自動操舵との調和を図
ることが望まれる。
【0006】従来、上記自動操舵装置の制御に関して
は、例えば特開平4−300781号公報の先行技術が
ある。この先行技術において、外界認識手段により外界
を認識し、この認識結果の画像データに基づいて走行系
路を認識し、走行系路に対する車両位置のずれ量を算出
し、このずれ量とステアリング操作状態に基づいて自動
操舵アクチュエータを制御して車両の操舵を制御するこ
とが示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、画像データに基づく走行系路と自
車両の姿勢とのずれ量により、常に車両を自動的に操舵
して、ドライバのハンドル操作の不備を機械的に補正す
る制御方法であるから、あくまでドライバのハンドル操
作を優先した運転支援を行うことができない問題があ
る。
【0008】本発明は、このような点に鑑み、ドライバ
の操舵意志と機械的な自動操舵を調和するように操舵制
御することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両のステアリング装置にギヤ比可変機構を
介設し、このギヤ比可変機構に、タイヤ側を自動操舵ま
たはマニュアル操舵可能に操舵制御モータと、ハンドル
側にハンドル固定または自動操舵可能にトルク制御モー
タとを設けて、マニュアル操舵または自動操舵制御する
自動操舵装置において、画像データ、車速及び舵角によ
り算出される目標舵角と、実際のハンドル操作のハンド
ル操舵角の符号によりドライバのハンドル操作状態を判
断し、適正なハンドル操作では操舵制御モータによりギ
ヤ比可変機構のギヤ要素を固定してマニュアル操舵し、
誤ったハンドル操作ではトルク制御モータによりハンド
ルを固定し、且つ操舵制御モータによりタイヤ側を自動
操舵することを特徴とする。
【0010】
【作用】上記制御方法による本発明では、目標舵角とハ
ンドル操舵角の符号により常にドライバのハンドル操作
状態が判断され、操作方向が目標舵角と同じでドライバ
のハンドル操作が正しいことを判断すると、ドライバ優
先でマニュアル操舵して衝突や車線逸脱等が回避され
る。またドライバのハンドル操作が誤っていることを判
断すると、トルク制御モータによりハンドル固定してド
ライバのハンドル操作が禁止される。そして操舵制御モ
ータによりタイヤ側を自動操舵して車線逸脱等が回避さ
れ、こうしてドライバの操舵意志を尊重しつつ、機械的
な自動操舵との調和が図られる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図2において、ADAシステムの概略について説
明する。先ず、車両1のエンジン2のスロットル弁3に
は電気信号で開閉するアクチュエータ11が設けられ、
ブレーキペダル4の操作で前輪5と後輪6のホイールシ
リンダ7にブレーキ圧を発生して制動するブレーキ装置
8には電気信号でブレーキ圧を加減圧する自動ブレーキ
油圧ユニット12が設けられる。また車両1の例えば左
右前方には車両前方の所定の範囲を撮像するCCDカメ
ラ13が配置され、ハンドル9を有するステアリング装
置10に電気信号で操舵する自動操舵パワーユニット1
4が設けられる。
【0012】制御系として、CCDカメラ13の撮像信
号が入力する画像認識制御ユニット15を有し、撮像信
号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三
次元の距離分布の画像を得る。そして距離画像から車
線、前方車、障害物等を分離して検出し、車線からは左
右の白線、道路形状等を認識する。前方車や障害物に対
しては、物体が何であるか、障害物との相対的な距離や
速度等を認識して、種々の画像データを得る。この画像
データは車間距離制御ユニット16と自動操舵制御ユニ
ット17に入力する。
【0013】車間距離制御ユニット16は、画像データ
と他の種々のセンサ信号により先行車や道路の障害物に
対して安全な距離を保つように加減速度を演算し、この
加減速度に基づく適正なスロットル開度のスロットル信
号をアクチュエータ11に出力してスロットル制御す
る。また加減速度に基づく適正なブレーキ圧のブレーキ
信号を自動ブレーキ油圧ユニット12に出力してブレー
キ制御する。そしてドライバのブレーキ操作等が不充分
な場合でも、安全車間を保ち、衝突を未然に防止して安
全に走行することを可能にする。自動操舵制御ユニット
17は、画像データと他の種々のセンサ信号により道路
の白線と車両とのずれ等を演算し、このずれに基づく操
舵信号を自動操舵パワーユニット14に出力して操舵制
御する。そしてドライバのハンドル手放しの場合にも、
安全に車線追従走行することを可能に構成される。
【0014】図3において自動操舵パワーユニット14
の構成について説明する。先ず、ステアリング装置10
のステアリング軸20が入力軸21と出力軸22に2分
割され、入力軸21の端部にハンドル9が設けられ、出
力軸22は油圧パワーステアリング機構23を介して前
輪5に連結され、両軸21,22の間にギヤ比可変機構
25がバイパスして連結される。ギヤ比可変機構25
は、入、出力軸21,22とこれらに平行配置されるモ
ータ軸24に、2組のギヤ26,27と1組のプラネタ
リギヤ30を組合せて構成される。
【0015】即ち、第1のギヤ26は小径のドライブギ
ヤ26aが入力軸21に一体結合され、大径のドリブン
ギヤ26bがモータ軸24に回転可能に設けられる。第
2のギヤ27は大径のドライブギヤ27aがモータ軸2
4に回転可能に設けられ、小径のドリブンギヤ27bが
出力軸22に一体結合される。プラネタリギヤ30はサ
ンギヤ31がモータ軸24に一体結合され、リングギヤ
32が第2のギヤ27のドライブギヤ27aの内側に形
成され、サンギヤ31とリングギヤ32に噛合うピニオ
ン33が第1のギヤ26のドリブンギヤ26bと一体的
なキャリア34で支持される。そしてモータ軸24の一
端に可逆回転可能なウォームギヤ35を介して操舵制御
モータ36が連結され、入力軸21に同様なウォームギ
ヤ37を介してトルク制御モータ38が連結される。ま
た入力軸21と出力軸22の間には、タイヤが縁石等に
衝突して大きい操舵トルクが入力し、両軸21,22が
所定の角度以上回転した場合に直結するストッパ39が
設けられる。
【0016】そこでモータ軸24のサンギヤ31が固定
した状態で、ドライバがハンドル9を操舵すると、入力
軸21と第1のギヤ26によりプラネタリギヤ30のキ
ャリア34が回転してピニオン33が遊星回転し、リン
グギヤ32と第2のギヤ27により出力軸22をハンド
ル9と同一方向に回転して転舵する。この場合に、ギヤ
の歯数を選択することにより、入、出力軸22の回転が
略同一にされる。またトルク制御モータ38により入力
軸21を固定して操舵反力を相殺するようにトルクアシ
ストする状態で、操舵制御モータ36によりサンギヤ3
1を回転すると、ピニオン33の自転でリングギヤ32
と第2のギヤ27を介し出力軸22を同一方向に回転し
て電気的に転舵するように構成される。
【0017】制御系として、入力軸21にはハンドル操
舵角Qhとその角速度ωhを検出する操舵角センサ4
0、操舵トルクThを検出する操舵トルクセンサ41が
設けられ、出力軸22にはタイヤ転舵角Qpとその角速
度ωpを検出する転舵角センサ42が設けられる。また
ギヤ比可変機構25のモータ軸24には位相角Qsを検
出する位相角センサ43が設けられる。そして画像認識
制御ユニット15の画像データ、車速センサ44の車速
V及び上記各センサ40〜43の信号が自動操舵制御ユ
ニット17に入力して電気的に処理することで、操舵制
御モータ36とトルク制御モータ38を制御するように
構成される。
【0018】図1において、自動操舵制御ユニット17
について説明する。先ず、画像認識制御ユニット15か
らの画像データが入力する距離算出部50を有し、画像
上の所定距離位置Dを設定する。目標軌道設定部51は
画像データに基づきその所定距離位置Dの白線による目
標軌道L1を設定する。また車速Vとタイヤ転舵角Qp
が入力する予測軌道算出部52を有し、現在の車両の位
置、方向、走行状態のままで所定距離位置Dに走行した
場合の車両1の予測軌道L2を算出する。これら目標軌
道L1と予測軌道L2はずれ幅算出部53に入力して、
目標軌道L1と予測軌道L2のずれ幅eを算出する。こ
のずれ幅eは目標舵角算出部54に入力して、ずれ幅e
が定常範囲を越えてステアリング制御の必要性を判断す
ると、ずれ幅eと比例定数kとにより車線逸脱等を回避
する目標舵角Qtを定める。
【0019】また目標舵角Qtとハンドル操舵角Qhは
ハンドル操作判定部55に入力し、両舵角Qt,Qhの
正負の符号が同じ場合はハンドル操作が正しいものと判
断し、ドライバ優先のマニュアル操舵モードを決定す
る。また両舵角Qt,Qhの符号が異なる場合は、ハン
ドル手放しまたはハンドル操作が誤っているものと判断
して、自動操舵モードを決定する。
【0020】目標舵角Qt、ハンドル操舵角Qh、操舵
トルクTh及びモードの信号は操舵制御部56に入力し
て、マニュアル操舵モードではサンギヤ固定に必要な電
流Ipを操舵制御モータ36に供給すると共に、トルク
制御モータ38を不作動する。また自動操舵モードでは
目標舵角Qtとハンドル操舵角Qhの偏差に応じた電流
Ipを操舵制御モータ36に供給し、且つハンドル側に
作用する操舵反力を相殺してハンドル固定に必要な電流
Isをトルク制御モータ38に供給するように構成され
る。
【0021】次に、この実施例の作用を、図4のフロー
チャートを用いて説明する。先ず、車両走行時にステッ
プS1で制御システムの電源をチェックして、OFFす
る場合はステップS2へ進みステアリング制御を終了す
る。制御システムの電源をONしたシステム作動時に
は、ステップS1からステップS3へ進んでドライバの
ハンドル操作によるハンドル操舵角Qh等を検出し、ス
テップS4で画像データや車速Vに基づいて車両走行状
態、道路状況を判断する。その後ステップS5へ進み、
画像データによる所定距離位置Dの白線等の目標軌道L
1と、車速Vとタイヤ転舵角Qpによる車両1の所定距
離位置Dでの予測軌道L2のずれ幅eが定常範囲内か否
かを判断する。
【0022】そしてずれ幅eが定常範囲内では、衝突等
の危険が無いと判断してそのまま抜ける。一方、ずれ幅
eが定常範囲より大きい場合は、衝突や車線逸脱等の危
険があると判断してステップS6へ進み、ずれ幅e等に
基づいて車線逸脱等を回避するための目標舵角Qtを定
める。
【0023】その後ステップS7で目標舵角Qtとハン
ドル操舵角Qhの符号によりドライバのハンドル操作状
態をチェックし、操作方向が目標舵角と同じ場合は、ハ
ンドル操作が正しいものと判断する。そしてステップS
8へ進み操舵制御モータ36をサンギヤ固定に作動し
て、マニュアル操舵モードとなる。
【0024】このため自動操舵パワーユニット14のギ
ヤ比可変機構25では、操舵制御モータ36によりモー
タ軸24とサンギヤ31が固定され、トルク制御モータ
38は不作動してハンドル9の入力軸21がフリーの状
態になる。そこでドライバのハンドル操作により、入力
軸21とギヤ比可変機構25の第1と第2のギヤ26,
27、固定したサンギヤ31に対するプラネタリギヤ3
0の作動で出力軸22が同一方向に回転し、油圧パワー
ステアリング機構23の作動で前輪5が左右に自由に転
舵される。こうしてドライバにより正しくハンドル操作
される場合は、ドライバ優先でマニュアル操舵して車線
逸脱等が回避される。
【0025】一方、ハンドル操舵角Qhが零でドライバ
のハンドル手放を判断したり、または操作方向が目標舵
角と逆の誤ったハンドル操作を判断すると、ステップS
7からステップS9へ進んでトルク制御モータ38によ
りハンドル9を固定する。このためドライバの誤ったハ
ンドル操作が禁止され、且つ自動操舵が可能となる。ま
たステップS10で操舵制御モータ36を目標舵角Qt
に応じて作動し、自動操舵モードとなる。
【0026】そこでギヤ比可変機構25では、操舵制御
モータ36の作動によりウォームギヤ35、モータ軸2
4及びサンギヤ31が回転する。このときトルク制御モ
ータ38によりハンドル側の入力軸21と共に第1のギ
ヤ26、キャリア34等が固定されるため、操舵制御モ
ータ36によるサンギヤ31の回転で、タイヤ側の負荷
に抗してリングギヤ32、第2のギヤ27及び出力軸2
2が回転し、前輪5が自動的に転舵される。こうしてド
ライバのハンドル手放しや誤った操作の場合には、ドラ
イバのハンドル操作を禁止しつつ自動操舵して、衝突や
車線逸脱等が回避される。
【0027】以上のステアリング制御により、車両が車
線を逸脱しそうになった際に、全て自動操舵してドライ
バの意志を無視した無人車とは異なり、先ずドライバの
操舵意志を尊重してドライバにハンドル操作することを
前提とする。そしてマニュアル操舵と自動操舵を適正に
選択して、人と機械の調和が図られる。
【0028】自動操舵制御の他の実施例について説明す
る。この実施例は、自動操舵パワーユニット14におい
て操舵制御モータ36によりサンギヤ固定した状態で、
トルク制御モータ38を入力軸回転作動することによ
り、ドライバのハンドル操作と同じようにハンドル9を
回転しつつ自動操舵できる点に着目したものである。そ
して自動操舵する場合にはハンドル9を積極的に回転
し、現在の操舵状況をドライバに知らせて警告した方が
良い。このとき急操舵では、ドライバの指を怪我した
り、恐怖感を与えるおそれがあるためハンドル固定する
ことが望まれる。
【0029】そこで図1に示すように、目標舵角Qtが
入力する目標舵角速度算出部57を有し、目標舵角速度
αを算出し、この目標舵角速度αを閾値として障害物等
の回避に比較的余裕のある緩操舵、または余裕の無い急
操舵を判断する。そして操舵制御部56は、自動操舵モ
ードにおいて緩操舵ではハンドル回転モードとし、急操
舵ではハンドル固定モードに定めるように構成される。
【0030】この実施例の作用を、図5のフローチャー
トにより説明する。ステップS7で自動操舵モードを判
断すると、ステップS20へ進んで目標舵角速度αを算
出する。その後ステップS21で目標舵角速度αを設定
値k(例えば90deg/sec)と比較し、設定値k
以下の緩操舵を判断すると、ステップS22へ進み操舵
制御モータ36をサンギヤ固定に作動し、ステップS2
3でトルク制御モータ38を目標舵角Qtに応じて作動
する。そこでギヤ比可変機構25では、サンギヤ31を
固定した状態でトルク制御モータ38により入力軸21
が回転することで、緩やかにハンドル9を回転しつつ前
輪5が自動操舵して車線逸脱等が回避される。この場合
は、ハンドル9が緩やかに回転するためドライバの指を
怪我するおそれが無い。またハンドル9の回転で現在の
操舵状況がドライバに知らされ、ハンドル操作の不備に
対し適正にハンドル操作するように警告されることにな
る。
【0031】一方、目標舵角速度αが設定値k以上で余
裕の無い急操舵を判断すると、ステップS21からステ
ップS24へ進みトルク制御モータ38をハンドル固定
に作動し、ステップS25で操舵制御モータ36を目標
舵角Qtに応じて作動する。従って、この場合は操舵制
御モータ36の回転で前輪5が急激に自動操舵して、車
線逸脱等が回避される。またハンドル9は急回転しない
ように固定されるので、ドライバの指を怪我したり、恐
怖感を与えることが防止される。
【0032】以上、本発明の実施例について説明した
が、ギヤ比可変機構の構成の異なる場合にも適応でき
る。
【0033】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
自動操舵装置において画像データ、車速及び舵角により
算出される目標舵角と、実際のハンドル操作のハンドル
操舵角の符号によりドライバのハンドル操作状態を判断
し、適正なハンドル操作では操舵制御モータによりギヤ
比可変機構のギヤ要素を固定してマニュアル操舵し、誤
ったハンドル操作ではトルク制御モータによりハンドル
を固定し、且つ操舵制御モータによりタイヤ側を自動操
舵する方法であるから、マニュアル操舵と自動操舵の選
択制御により、ドライバの操舵意志を尊重して人と機械
の調和を有効に図ることができる。このため実際の自動
車にADAシステムを適応し易くなる。
【0034】目標舵角とハンドル操舵角の符号によりド
ライバのハンドル操作状態を判断するので、判断が容易
で確実である。自動操舵ではハンドル固定によりドライ
バの誤ったハンドル操作を確実に禁止できる。
【0035】本発明の他の実施例では、自動操舵の際に
ハンドル回転することで、ドライバのハンドル操作の不
備に対して適確に警告することができる。またドライバ
に対しては適正にハンドル操作して、ドライバ優先で制
御することが促される。急操舵の場合はハンドル固定し
て自動操舵するので、ドライバの指を怪我したり、恐怖
感を与えることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自動操舵装置の制御方法に適した
自動操舵制御ユニットの実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】ADAシステムの全体の概略を示す構成図であ
る。
【図3】自動操舵パワーユニットを示す構成図である。
【図4】ステアリング制御を示すフローチャートであ
る。
【図5】本発明の他の実施例の制御の要部を示すフロー
チャートである。
【符号の説明】
1 車両 9 ハンドル 10 ステアリング装置 14 自動操舵パワーユニット 15 画像認識制御ユニット 17 自動操舵制御ユニット 25 ギヤ比可変機構 31 サンギヤ 36 操舵制御モータ 38 トルク制御モータ 40 操舵角センサ 54 目標舵角算出部 55 操作状態判定部 56 操舵制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B62D 117:00 119:00 137:00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両のステアリング装置にギヤ比可変機
    構を介設し、このギヤ比可変機構に、タイヤ側を自動操
    舵またはマニュアル操舵可能に操舵制御モータと、ハン
    ドル側にハンドル固定または自動操舵可能にトルク制御
    モータとを設けて、マニュアル操舵または自動操舵制御
    する自動操舵装置において、 画像データ、車速及び舵角により算出される目標舵角
    と、実際のハンドル操作のハンドル操舵角の符号により
    ドライバのハンドル操作状態を判断し、適正なハンドル
    操作では操舵制御モータによりギヤ比可変機構のギヤ要
    素を固定してマニュアル操舵し、誤ったハンドル操作で
    はトルク制御モータによりハンドルを固定し、且つ操舵
    制御モータによりタイヤ側を自動操舵することを特徴と
    する自動操舵装置の制御方法。
  2. 【請求項2】 自動操舵では、目標舵角速度を算出し、
    この目標舵角速度により緩操舵を判断すると、操舵制御
    モータによりギヤ比可変機構のギヤ要素を固定し、且つ
    トルク制御モータによりハンドルを回転しつつ自動操舵
    し、急操舵を判断すると、トルク制御モータによりハン
    ドルを固定し、且つ操舵制御モータで自動操舵すること
    を特徴とする請求項1記載の自動操舵装置の制御方法。
JP16529594A 1994-07-18 1994-07-18 自動操舵装置 Expired - Fee Related JP3580860B2 (ja)

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